热载流子应力下p-MOSFETs在低栅电压范围的统一退化模型

研究了低栅电压范围的热载流子统一退化模型.发现对于厚氧化层的p-MOSFETs主要退化机制随应力电压变化而变化,随着栅电压降低,退化机制由氧化层俘获向界面态产生转变,而薄氧化层没有这种情况,始终是界面态产生;此外退化因子与应力电压成线性关系.最后得出了不同厚度的p-MOSFETs的统一退化模型,对于厚氧化层,退化由电子流量和栅电流的乘积决定,对于薄氧化层,退化由电子流量决定.     

热载流子应力下p-MOSFETs在低栅电压范围的统一退化模型

研究了低栅电压范围的热载流子统一退化模型.发现对于厚氧化层的p-MOSFETs主要退化机制随应力电压变化而变化,随着栅电压降低,退化机制由氧化层俘获向界面态产生转变,而薄氧化层没有这种情况,始终是界面态产生;此外退化因子与应力电压成线性关系.最后得出了不同厚度的p-MOSFETs的统一退化模型,对于厚氧化层,退化由电子流量和栅电流的乘积决定,对于薄氧化层,退化由电子流量决定.     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究.研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化.应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加,击穿电荷减少,也会造成关态漏泄漏电流的退化.栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生,而且也会在源区一侧产生.热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动,这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因.     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究．研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化．应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加，击穿电荷减少，也会造成关态漏泄漏电流的退化．栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生，而且也会在源区一侧产生．热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动，这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因．     

γ辐照对1024×1152可见光CCD的影响研究

通过对不同剂量γ辐照前后CCD的暗电流、转移效率、饱和输出电压等参数变化的分析,发现辐照后器件暗电流的增加主要是辐照后栅氧化层中产生的感生界面态电荷和场氧化层中产生大量的复合中心引起;转移效率下降主要是辐照后栅氧化层中产生的界面态俘获转移电荷所致;器件辐照后暗电流的增加将降低器件的有效信号输出幅度.     

SiC-MOS界面优化的工艺验证及MOSFET电学特性仿真拟合

SiC因其优越的电学特性,已发展成为高压功率器件领域的翘楚。然而,SiC与SiO₂界面存在高密度界面态,使得SiC MOSFET沟道迁移率远低于SiC材料本身的体迁移率,大大约束了SiC材料本身电学性能的发挥。为改善反型层沟道迁移率,不同功率器件厂商采用了不同的栅极氧化工艺,所实现的栅极氧化层界面态密度各有不同,现有的功率器件仿真软件提供的多种界面态能级分布模型都需要芯片厂商实际的流片数据作为支撑,这对功率器件上游设计人员产生了阻碍。基于此,文章通过流片测试数据,结合TCAD仿真软件给出了一种用于SiC MOSFET器件仿真的界面态能级分布模型。利用给出的界面态能级分布模型,与实际产品对比,仿真得出的I-V曲线与测试曲线基本重合。     

不同界面层对HfTaON栅介质MOS特性的影响

采用磁控溅射方法,在Si衬底上制备HfTaON高k栅介质,研究了AlON、HfON、TaON不同界面层对MOS器件电特性的影响。结果表明,HfTaON/AlON叠层栅介质结构由于在AlON界面层附近形成一种Hf-Al-O"熵稳定"的亚稳态结构,且AlON具有较高的结晶温度、与Si接触有好的界面特性等,使制备的MOS器件表现出优良的电性能:低的界面态密度、低的栅极漏电、高的可靠性以及高的等效k值(21.2)。此外,N元素的加入可以抑制Hf和Ta的扩散,有效抑制界面态的产生,并使器件具有优良的抵抗高场应力的能力。     

一种新的等离子体边缘损伤的测量方法

在等离子体刻蚀多晶硅工艺中 ,栅边缘氧化层直接暴露在等离子体环境中 ,由于 U V射线的作用栅边缘处将会产生损伤 ,这种损伤包含了大量的界面态和氧化层陷阱 .文中讨论了等离子体边缘损伤与圆片位置关系、天线比之间的关系及它们对器件长期可靠性的影响 ,并使用了低频局部电荷泵技术 .测量的结果包含了损伤产生的快、慢界面态和氧化层陷阱的信息 ,可以较好地测量工艺中产生的栅边缘损伤 ,为评估薄栅 MOSFET的栅边缘损伤提供了一种简单快捷的方法     

一种新的等离子体边缘损伤的测量方法

在等离子体刻蚀多晶硅工艺中,栅边缘氧化层直接暴露在等离子体环境中,由于UV射线的作用栅边缘处将会产生损伤,这种损伤包含了大量的界面态和氧化层陷阱.文中讨论了等离子体边缘损伤与圆片位置关系、天线比之间的关系及它们对器件长期可靠性的影响,并使用了低频局部电荷泵技术.测量的结果包含了损伤产生的快、慢界面态和氧化层陷阱的信息,可以较好地测量工艺中产生的栅边缘损伤,为评估薄栅MOSFET的栅边缘损伤提供了一种简单快捷的方法.     

一种用于分离pMOS器件热载流子应力下氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对阈值电压退化作用的方法

在电荷泵技术的基础上,提出了一种新的方法用于分离和确定氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对pMOS器件热载流子应力下的阈值电压退化的作用,并且这种方法得到了实验的验证.结果表明对于pMOS器件退化存在三种机制:电子陷阱俘获、空穴陷阱俘获和界面陷阱产生.需要注意的是界面陷阱产生仍然是pMOS器件热载流子退化的主要机制,不过氧化层陷阱电荷的作用也不可忽视.     

一种用于分离pMOS器件热载流子应力下氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对阈值电压退化作用的方法

在电荷泵技术的基础上,提出了一种新的方法用于分离和确定氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对p MOS器件热载流子应力下的阈值电压退化的作用,并且这种方法得到了实验的验证.结果表明对于p MOS器件退化存在三种机制:电子陷阱俘获、空穴陷阱俘获和界面陷阱产生.需要注意的是界面陷阱产生仍然是p MOS器件热载流子退化的主要机制,不过氧化层陷阱电荷的作用也不可忽视.     

电荷泵法研究FLASH擦工作时带带隧穿引起的界面损伤

FLASH在擦操作的过程中,带带隧穿产生的空穴注入将会在SiO2/SiO2界面和氧化层中产生带电中心(包括界面态和陷阱),影响电路的可靠性.利用电荷泵方法,通过应力前后电荷泵电流的改变确定出界面态和陷阱电荷的空间分布,为FLASH单元设计与改进可靠性,提供了理论和实验基础.     

超薄栅MOS器件热载流子应力下SILC的产生机制

通过测量界面陷阱的产生,研究了超薄栅nMOS和pMOS器件在热载流子应力下的应力感应漏电流(SILC).在实验结果的基础上,发现对于不同器件类型(n沟和p沟)、不同沟道长度(1、0.5、0.275和0.135μm)、不同栅氧化层厚度(4和2.5nm),热载流子应力后的SILC产生和界面陷阱产生之间均存在线性关系.这些实验证据表明MOS器件减薄后,SILC的产生与界面陷阱关系非常密切.     

28 nm PMOS器件中Ge注入对NBTI可靠性的影响

研究了28 nm 多晶硅栅工艺中Ge注入对PMOS器件的负偏压温度不稳定性(NBTI)的影响。在N阱中注入Ge,制作了具有SiGe沟道的PMOS量子阱器件。针对不同栅氧厚度和不同应力条件的器件,采用动态测量方法测量了NBTI的退化情况,采用电荷泵方法测量了界面态的变化情况。实验结果表明,由于Ge的注入,PMOS器件中饱和漏电流的退化量降低了43%,同时应力过程中产生的界面态得到减少,有效提高了PMOS器件的NBTI可靠性。     

直接隧穿应力下超薄栅氧MOS器件退化

研究了栅氧厚度为1.4nm MOS器件在恒压直接隧穿应力下器件参数退化和应力感应漏电流退化.实验结果表明,在不同直接隧穿应力过程中,应力感应漏电流(SILC)的退化和Vth的退化均存在线性关系.为了解释直接隧穿应力下SILC的起因,建立了一个界面陷阱和氧化层陷阱正电荷共同辅助遂穿模型.     

直接隧穿应力下超薄栅氧MOS器件退化

研究了栅氧厚度为1.4nm MOS器件在恒压直接隧穿应力下器件参数退化和应力感应漏电流退化. 实验结果表明,在不同直接隧穿应力过程中,应力感应漏电流（SILC）的退化和Vth的退化均存在线性关系. 为了解释直接隧穿应力下SILC的起因,建立了一个界面陷阱和氧化层陷阱正电荷共同辅助遂穿模型.     

栅氧化层及界面电荷对SiC MOSFET阈值电压稳定性的影响

阈值电压不稳定是SiC MOSFET的一个主要问题，而栅氧化层及界面电荷是引起器件阈值电压不稳定的关键因素。结合三角波电压扫描法和中带电压法提取了SiC MOSFET中的栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度随应力时间的变化量，总结了三种电荷面密度变化量在不同应力时间下的变化规律，分析了其对器件阈值电压不稳定性的影响，同时推测了长时间偏压作用下SiC MOSFET阈值电压稳定性的劣化机制。测试结果表明，栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度在不同偏压温度下随应力时间的变化规律不同，常温应力下器件阈值电压稳定性劣化主要与栅氧化层陷阱电荷有关，而高温下，则主要与界面陷阱电荷有关。     

电离辐照和隧道注入实验引起氧化层电荷以及界面态的产生

本文将讨论MOS电容中辐照及高电场隧道注入的实验结果。与辐照剂量有关的禁带中央电压的漂移仅仅是由空穴俘获引起。在隧道注入的情况下,由碰撞离子化引起的电子-空穴对的产生需要很大的电子密度和强电场。因此,所建立的电荷产生模型考虑到了中性氧化层中的空穴俘获,其次考虑了在带正电的状态中的电子俘获以及被俘获的电子的排空。利用这种模型,只要精确地知道了碰撞离化系数α,就能够对MOS器件的抗核辐照强度进行预测。假如不是这种情况,则需利用电离辐照和隧道注入的混合技术来确定与电场强度F相关的碰撞电离系数α=α_0 exp(-Hα/F)。利用实验结果与该模型相拟合的方法,就可分别导出电子俘获截面σn和排空截面βn,得到σn依赖于F~(-3)和βn依赖于exp(-Hβ/F)的关系。发现工艺参数的变化对其影响是很小的。提出的这个模型是通过一系列的辐照和注入实验验证的。氧化层电荷的产生伴随界面态密度分布的增加,在两种实验中,它的峰值是在禁带中央之上约0.15eV处。结果表明,界面态的产生与俘获的空穴数成正比。注入实验得到了如下的界面态类型,受主型界面态在禁带中央之上,施主型界面态在禁带中央之下。这进一步证实了禁带中央电压的变化是判断氧化层电荷变化的分类点,因为在禁带中央,界面态变成中性的了。     

电荷泵法研究FLASH擦工作时带带隧穿引起的界面损伤

FL ASH在擦操作的过程中 ,带带隧穿产生的空穴注入将会在 Si O2 / Si O2 界面和氧化层中产生带电中心 (包括界面态和陷阱 ) ,影响电路的可靠性 .利用电荷泵方法 ,通过应力前后电荷泵电流的改变确定出界面态和陷阱电荷的空间分布 ,为 FL ASH单元设计与改进可靠性 ,提供了理论和实验基础     

用真空紫外辐照研究Si-SiO_2界面的氧化层陷阱和界面态

以氦灯真空紫外光源研究了辐照下 n(100)硅衬底MOS样品的氧化层陷阱和Si-SiO_2界面态.发现在湿氧和干氧氧化层中都存在密度为10~(12)/cm~2数量级的空穴陷阱,部分氧化层中有密度为10~(11)/cm~2的受主型电子陷阱.湿氧样品在正偏置和零偏置辐照后出现具有确定能级(E_c-E_s(?)0.40eV)的界面态密度宽峰.辐照引进的界面态和空穴被陷阱俘获有关,在1×10~(10)～5 × 10~(11)cm~(-2)·eV~(-1)范围,禁带中央界面态密度正比于被俘获空穴的密度.辐照产生的界面态不能由电子注入加以消除.本文由空穴俘获-弱键破裂模型讨论了实验结果.